Лабораторная работа №1. Измерение шумовой характеристики рабочих мест в лаборатории ИЗОС
Цель работы
Измерить характеристики шума на рабочих местах.
Определить эквивалентный уровень шума.
Дать рекомендации по снижению уровня шума.
Основные понятия
Звук — колебания частиц упругой среды, которые воспринимаются органами слуха человека, в направлении их распространения.
Шум — наложение различных по частоте и силе звуков от разных источников.
Слышимый шум — 20 - 20000 Гц, устойчивый слышимый звук — 1000 Гц - 3000 Гц.
Звуковое давление - переменная составляющая давления воздуха или газа, возникающая в результате звуковых колебаний, Па.
Эквивалентный /по энергии/ уровень звука, LА
экв., дБА (Децибел по шкале А), непостоянного шума - уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет такое же среднеквадратичное звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени.
Бел (сокращение: Б) — безразмерная единица измерения отношения (разности уровней) некоторых величин (например, энергетических — мощности и энергии или силовых — напряжения и силы тока) по логарифмической шкале. Отношение двух величин P1 и P2, выраженное в белах, определяется как десятичный логарифм отношения этих величин.
Бел впервые был введён в использование инженерами из телефонной лаборатории Белла и в 1923—1924 гг. был назван в честь основателя лаборатории и изобретателя телефона Александра Грэма Белла (Alexander Graham Bell). Обратите внимание, что при образовании названия единицы по его фамилии, последнее «л» было отброшено.
В акустике 1 бел фактически принят за единицу громкости звука. Это логарифм отношения мощности звука к некоторой начальной мощности, в качестве которой взят порог слышимости для человеческого уха, который составляет 10
−12 Вт/м
2.
Но, поскольку для повседневного использования 1 бел оказался слишком большой величиной, то на практике вместо него применяется величина равная 0,1 бела — децибел (дБ).
Применение децибел в акустике оказывается очень удобным, так как слуховое восприятие и оценка интенсивностей звуков при этом находятся в строгой связи и, к тому же, изменение интенсивности звука на 1 дБ улавливается ухом как едва заметное изменение громкости.
Окта́ва (от лат. octava — восьмая) — музыкальный интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Субъективно на слух октава воспринимается как устойчивый, базисный музыкальный интервал. Два последовательных звука, отстоящие на октаву, воспринимаются очень похожими друг на друга, хотя явно различаются по высоте.
Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.
Допустимый уровень шума - это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.
Максимальный уровень звука, LА
макс, дБА - уровень звука, соответствующий максимальному показателю измерительного, прямопоказывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1% времени измерения при регистрации автоматическим устройством.
Классификация шумов, воздействующих на человека
По характеру спектра шума выделяют:
широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;
тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3 октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам шума выделяют:
постоянный шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно» (slow);
непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике шумомера «медленно» (slow).
Непостоянные шумы подразделяют на:
колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;
прерывистый шум, уровень звука которого ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;
импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1с, при этом уровни звука в дБАI и дБА, измеренные соответственно на временных характеристиках «импульс» и «медленно», отличаются не менее чем на 7 дБ.
Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Для ориентировочной оценки допускается использовать уровни звука LA, дБА.
Нормируемыми параметрами непостоянного шума являются эквивалентные (по энергии) уровни звука LА
экв, дБА, и максимальные уровни звука LА
макс, дБА.
Шумомер - прибор для объективного измерения уровня громкости шума (звука).
Конструктивно шумомер состоит из измерительного микрофона, усилителя, корректирующих фильтров, детектора и индикатора. Общая схема прибора выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому стандартно в них имеется несколько комплектов фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики: фильтр A – применяется при малой громкости, фильтр В — при средней громкости и С — большой громкости. Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Шкала А применяется для измерения уровня громкости, выраженного в единицах — децибел с пометкой А, т. е. дб (А). Величиной уровня звука в дб (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Шкала шумомера градуируется в децибелах по одной из 3 шкал — А, В или С.
Помимо интенсивности звука, шумомеры так же замеряют и его временную характеристику: F (fast) - быстро, S (slow) - медленно, I (pik) - импульс. Шкалу F применяют при измерениях постоянных шумов, S - колеблющихся и прерывистых, I - импульсных.
Таблица 1 - Предельно допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести и напряженности в дБА.
Категория напряженности трудового процесса
|
Категория тяжести трудового процесса
|
легкая физическая нагрузка
|
средняя физическая нагрузка
|
тяжелый труд 1 степени
|
тяжелый труд 2 степени
|
тяжелый труд 3 степени
|
Напряженность легкой степени
|
80
|
80
|
75
|
75
|
75
|
Напряженность средней степени
|
70
|
70
|
65
|
65
|
65
|
Напряженный труд 1 степени
|
60
|
60
|
-
|
-
|
-
|
Напряженный труд 2 степени
|
50
|
50
|
-
|
-
|
-
|
Обоснование и расчётные формулы
Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА, определяемый по формуле:
(1)
где Р - среднеквадратичная величина звукового давления, Па; Р
0 – минимальное значение звукового давления в воздухе воспринимаемое органами слуха принимается равным 2·10
-5 Па.
Среднеквадратичная величина звукового давления определяется по формуле:
(2)
где i – число измерений (в данной работе
i=3),
L – среднее арифметическое:
.
Приборы и оборудование, используемые в работе
Шумомер интегрирующий - виброметр ШИ-01В, комплект.
Источники шума.
Прибор ШИ-01В предназначен для измерений уровней звука с частотными характеристиками А, С, общего уровня звукового давления звукового и инфразвукового диапазонов с частотной характеристикой ЛИН, уровней звукового давления в октавных и третьоктавных полосах; уровней виброускорения с частотной характеристикой ЛИН, уровней виброускорения в октавных и третьоктавных полосах, корректированных уровней виброускорения.
Измерение параметров шума основано на преобразовании звуковых колебаний в электрические с их последующей обработкой в соответствии функциональной схемой прибора (см. рис. 1). Преобразование звуковых колебаний в электрические производится микрофоном (МК). С выхода предусилителя (ПУ) сигнал поступает на вход усилителя (У). Установка коэффициента усиления У осуществляется переключателем диапазонов с шагом 10 дБ. Уровень сигнала на выходе У контролируется датчиком перегрузки (ДП). Между У и аналого-цифровым преобразователем (АЦП) всегда включен аналоговый фильтр низких частот (ФНЧ) для подавления сигналов с частотой Найквиста и выше. Таким образом реализуется частотная характеристика шумомера - ЛИН. Для реализации частотных коррекций А или С после ФНЧ с помощью коммутатора в
ключаются аналоговые фильтры.
Рисунок 1 - Функциональная схема прибора
Дальнейшая обработка сигнала осуществляется цифровым способом. Частота оцифровки сигнала 48 кГц. Разрядность - 16 бит. Цифровое представление сигнала поступает в цифровой сигнальный процессор (ЦСП) и обрабатывается по алгоритму, соответствующему выбранному режиму измерения.
Рисунок 2 - Расположение рабочих мест в лаборатории ИЗОС
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Привести шумомер ШИ-01В в рабочее состояние, подключив соединительный кабель, микрофон. Под контролем преподавателя настроить прибор для измерений: диапазон измерений, тип шкалы и т.д.
Включить источники шума (согласно заданию преподавателя для каждой из подгрупп), отметив данный пункт в отчёте по лабораторной работе.
Произвести троекратное измерение уровня шума в каждой из точек аудитории, соответствующих рабочему месту (согласно схемы – рис. 2). Измерение проводить следующим способом: установив микрофон на рабочее место при работающих источниках шума нажать кнопку «пауза», записать результат отображаемый на ЖК - дисплее, спустя время (около 20-30 секунд) вновь нажать клавишу «пауза» и т.д. Результаты измерений записать в таблицу №2.
По формуле (2) рассчитать среднеквадратичную величину звукового давления. Результат расчёта занести в таблицу 2.
По формуле (1) рассчитать эквивалентный уровень шума. Результат расчёта занести в таблицу 2.
Повторить п. п. 1-5 для другой комбинации работающих источников шума.
Сделайте заключение. Оцените полученные результаты измерений, сравнив их с допускаемыми уровнями шума. Предложите методы по снижению уровня шума при использовании лабораторного оборудования.
Таблица 2 – Результаты измерения уровня шума
Источник шума -
|
Параметр, дБА
|
№
измерения
№ рабочего
места
|
LA1,
|
LA2
|
LA3
|
L
|
P
|
LAЭКВ
|
1
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
Понятие шум, звук, звуковое давление.
Децибел. Определение. Какова причина применения данной единицы измерения для описания уровня звукового давления.
Эквивалентный уровень звука.
Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума.
Допустимый уровень шума.
Максимальный уровень звука.
Классификация шумов по характеру спектра.
Классификация шумов по временным характеристикам.
Классификация непостоянных шумов.
Шумомер-виброметр ШИ-01В. Назначение и основные компоненты.
Методика расчёта эквивалентного уровня шума.
